Regolazione
dell’espressione genica
nei procarioti: OPERONI
LA REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA HA LUOGO A LIVELLO DELLA TRASCRIZIONE
OPERONE: insieme di geni che vengono trascritti contemporaneamente a
partire da un unico promotore
PROMOTORE
-35
-10
GTATTGACATCATAGAAGCACTCTACTATATTCT
L’INIZIO DELLA TRASCRIZIONE E’ CONTROLLATO DA SPECIALI
PROTEINE REGOLATORIE CHE POSSONO:
REPRIMERE L’INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
ATTIVARE L’INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
L’AZIONE DI ATTIVATORI E REPRESSORI E’ SPESSO INFLUENZATA DA MOLECOLE NOTE COME
LIGANDI
INDUTTORI:
STACCANO IL
REPRESSORE
DALL’OPERATORE
COREPRESSORI:
FACILITANO IL LEGAME
DEL REPRESSORE
COATTIVATORI:
FACILITANO IL
LEGAME
DELL’ATTIVATORE
I BATTERI OTTENGONO IL CARBONIO DI CUI NECESSITANO PER LA CRESCITA
ED IL CATABOLISMO DA ZUCCHERI A CINQUE E SEI ATOMI DI CARBONIO
PREFERIBILMENTE GLUCOSIO
IN ASSEZA DI GLUCOSIO
LATTOSIO
ARABINOSIO
Operone lattosio
La captazione e l’utilizzazione del lattosio da parte della
cellula batterica, richiede la presenza di tre proteine:
lattosio permeasi → gene lacZ
β-galattosidasi → gene lacY
tiogalattoside transacetilasi → gene lacA
Struttura dell’operone lac
In presenza di glucosio ed in assenza di lattosio
Il repressore lac, si lega contemporaneamente ad O1 e O2 causando la formazione
di un’ansa nel DNA ed impedendo l’espressione dell’operone lac
Domini che
legano
il DNA
O1 contiene una regione a simmetria binaria imperfetta la maggior parte della
quale è coperta quando il repressore lac è legato all’operatore
La sequenza di O2 è meno simmetrica rispetto a quella di O1, ed il
repressore lac sembra legarsi ad essa con minore affinità
In assenza di glucosio ed in presenza di lattosio
una piccola quantità di lattosio viene convertita in allolattosio
L’allolattosio è un induttore dell’operone lac
L’operone lattosio possiede un ulteriore sistema di controllo della trascrizione definito repressione da
cataboliti
Concentrazione di glucosio nel mezzo esterno elevata
Quando la concentrazione del glucosio diminuisce
La proteina CRP, è un omodimero contenente siti di legame per il DNA e per l’AMPc
Legame
dell’AMP
Essa possiede, in ognuna delle sue subunità, un dominio ad α-elica
Il sito di legame del complesso CRP-AMPciclico, è posizionato
immediatamente prima del promotore PLAC
Quando il glucosio scarseggia, il complesso CRP-AMP ciclico si lega al suo specifico sito di
legame sul DNA ed incrementa di 50 volte la trascrizione dell’RNA
Operone arabinosio
L’utilizzazione dell’arabinosio da parte della cellula batterica, richiede la presenza di tre
proteine:
l’arabinosio isomerasi
la ribulosio chinasi
la ribulosio-5-fosfato epimerasi
STRUTTURA DELL’OPERONE ARABINOSO
ribulosio chinasi → gene araB
arabinoso isomerasi → gene araA
ribulosio 5 fosfato epimerasi → gene araD
Elevate concentrazioni di glucosio
Basse concentrazioni di glucosio
L’arabinosio funge da induttore
Anche per questo operone gioca il ruolo di attivatore il complesso CRP-cAMP
CRP-cAMP legato al DNA agisce sinergicamente con AraC, per indurre la
trascrizione dei gei araBAD
Ruolo della proteina AraC nella regolazione dell’operone ara
Legandosi ad araO1
reprime la sua stessa
sintesi
legandosi ad araI agisce da
attivatore
legandosi ad araO2 ed
ad araI agisce da
repressore
Operone triptofano
Gli enzimi preposti alla biosintesi del triptofano, sono codificati dai geni
trpE, trpD, trpC, trpB e trpA
Regione leader
L’operone trp è regolato da 2 meccanismi: uno ha come protagonista
il consueto repressore
Alte concentrazioni di triptofano
Basse concentrazioni di triptofano
L’altro meccanismo ha come protagonista il così detto attenuatore
Regione leader
Quando la concentrazione di triptofano all’interno della
cellula è elevata
Quando invece la concentrazione del triptofano all’interno
della cellala è bassa
Appaiamento tra le sequenze 3-4 e 2-3
Esempi di regolazione
dell’espressione genica negli
EUCARIOTI
REPRESSIONE
DELLA
TRADUZIONE
Esempio:
Gene che codifica per la ferritina
CONTROLLO
DELL’EMIVITA DEL
mRNA
Esempio:
Gene che codifica per il recettore
della transferrina
Ai siti IRE si legano proteine che consentono l'auto-regolazione
del Ferro intracellulare note come IRP (Iron Regulatory
Proteins)
REPRESSIONE DELLA TRADUZIONE
FERRITINA: proteina deputata all’accumulo di ferro
la cui sintesi viene stimolata dalla presenza del ferro
Un unico elemento di risposta al ferro
A basse concentrazioni di ferro l’aconitasi enzimaticamente inattiva, ha maggiore affinità
per i siti IRE e vi si lega. La traduzione non ha luogo
Ad alte concentrazioni di ferro l’aconitasi si trova nella sua forma enzimatica attiva che
possiede una bassa affinità per RNA. Essa pertanto non lega i siti IRE e la traduzione
dell’mRNA codificante per la ferritina avviene regolarmente
CONTROLLO DELL’EMIVITA DEL mRNA
RECETTORE PER LA TRANSFERRINA: proteina che media l’assunzione di ferro da
parte della cellula eucariotica
la cui sintesi viene stimolata dalla carenza di ferro
Ad alte concentrazioni di ferro l’aconitasi attiva non lega i siti IRE esponendo l’mRNA del
recettore per la transferrina a rapida degradazione ed inibendo in questo modo la
traduzione
A basse concentrazioni di ferro l’aconitasi, inattiva, si lega ai siti IRE
proteggendo l’mRNA del recettore per la transferrina dalla degradazione e
consentendo che la sua traduzione avvenga più volte
